【導讀】本設(shè)計是關(guān)于年產(chǎn)80000噸丁辛醇丙烯凈化及羰基合成車間的工藝設(shè)計。法，確定了羰基合成的工藝路線。并在此基礎(chǔ)上進行物料衡算、熱量衡算、關(guān)鍵設(shè)備。依據(jù)車間布置設(shè)計的原則，對車間及設(shè)備進行了合理的布置?？刂?、環(huán)境保護及公用工程中的供電、供暖、供水、通風做了詳細的說明。礎(chǔ)上繪制了帶控制點的流程圖，車間及設(shè)備的平立面布置圖和主要反應(yīng)設(shè)備圖。的完成了20200字的畢業(yè)設(shè)計說明書，

　　

【正文】 計算。 2. H2 質(zhì)量百分比為 3179。 105 數(shù)量級，故忽略計算。 6 萬噸丁辛醇設(shè)計說明書 _畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 經(jīng)核算： n 合成氣 =++49=100 K mol/h M 合成氣 =1008.++= K mol/h n 丙烯 =+= K mol/h M 丙烯 =+= K mol/h 如圖 23： 圖 23 物料平衡圖 熱量衡算 能量衡算的意義與作用 在化工生產(chǎn)過程中，各工序都要在嚴格控制的工藝下（如溫度、壓力、流量、濃度等）進行。經(jīng)歷各種化學變化和物理變化，進行著物質(zhì)的生產(chǎn)。在這過程中，各類化工單元操作，或者有動量的傳遞（如流量傳送）；或者有熱量的傳遞（如換熱設(shè)備）；或者有伴隨熱量的質(zhì)量傳遞（如精餾，吸收等）。若有化學反應(yīng)，則不僅兼有“三傳”（動量傳遞，熱量傳遞，質(zhì)量傳遞），還具有“一反”（化學反應(yīng)產(chǎn)生的熱效應(yīng) — 吸收或放熱）。物質(zhì)在整個過程中發(fā)生質(zhì)量的傳遞和 能量的變化。前者可從物料衡算中求得，后者則依據(jù)能量守衡定律，利用能量傳遞和轉(zhuǎn)化的規(guī)律，通過平衡計算求得，這樣的化工計算稱為能量衡算 [5]。 化工生產(chǎn)中，能量衡算概括起來應(yīng)用于以下幾個方面： (1) 確定效率 如流體輸運 、攪拌、粉碎等單元操作中所需效率。 (2) 確定熱量或冷量 如蒸發(fā)、蒸餾、冷凝、冷卻、閃蒸等所需要的熱量或冷量。 (3) 確定供熱效率或放熱效率 如化學反應(yīng)中，由于熱效應(yīng)（使體系的溫度上升或下降）需確定的熱量或冷量。 (4) 確定節(jié)能措施 為充分利用余熱，降低總能量消耗所采用的相應(yīng)措 施。 由此可見，能量衡算作為化工計算的一部分是非常重要的，所以我們必須對能量衡算 羰基 合成 裝置 合成氣 K mol/h nBal K mol/h iBal K mol/h 丙烯 K mol/h C3H8 K mol/h H2 K mol/h 雜質(zhì) K mol/h 6 萬噸丁辛醇設(shè)計說明書 _畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 進行認真嚴格的計算。 熱量衡算及所需媒質(zhì)的量 熱平衡式： Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6； （ 21） 式中 Q1—處理物料時需要的熱量 kJ； Q2—加熱劑或冷卻劑與設(shè)備和物料傳遞的熱量（符號規(guī)定加熱劑加 入熱量為 “＋”，冷卻劑吸收熱量為“－” ） kJ； Q3— 過程的熱效應(yīng)（符號規(guī)定放熱為“＋”，過程吸熱為“－”， 注意： Q 與熱焓符號相反，即 Q=－ ? H。如過程放熱則 ? H 為“－”，則 Q 為“＋” ）kJ； Q4—離開設(shè)備物料帶出的熱量 kJ； Q5—設(shè)備各部件所消耗的熱量 kJ； Q6—設(shè)備向四周散失的熱量，又稱熱損失 kJ。 物料表 表 24 反應(yīng)器進口物料表 反應(yīng)器進口 物質(zhì) C3H6 H2 CO C3H8 雜質(zhì) K mol/h 49 % mol 32 表 25 反應(yīng)器出口物料表 反應(yīng)器出口 物質(zhì) nBal iBal C3H8 H2 雜質(zhì) K mol/h % mol 生成熱和燃燒熱 表 26 生成熱和燃燒熱表 1 atm,25℃下 生成熱 Δ H/ Kcal/mol 1 atm,25℃下 燃燒熱 Δ H/ Kcal/mol CO,g iBal,g H2,g H2,g nBal,g CO,g C3H8 C3H6 6 萬噸丁辛醇設(shè)計說明書 _畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) C3H6 臨界溫度，臨界壓力 表 27 臨界溫度和臨界壓力表 臨界溫度 tc/℃ 臨界壓力 pc/atm CO H2 C3H6 nBal 253 C3H8 各 鍵的Δ T、Δ P 表 28 各鍵的Δ T和Δ P表 Δ T Δ P CHO CH CH3 氣體熱容 Cp176。 表 29 氣體熱容 Cp176。 a b179。 103 c179。 106 CO H2 C3H6 C3H8 熱量計算 據(jù)物料衡算，凈化后合成氣設(shè)為 100 K mol/h 進入， H2:CO = :，由于凈化所除去的雜質(zhì)量過小，所以忽略不計。為了調(diào)節(jié) H2 與 CO 的比 需加高純度氫氣，所以在計算中以 H2:CO = :1 為基準。則： n H2=100 ?? = K mol/h n H2=100 1?? = K mol/h 6 萬噸丁辛醇設(shè)計說明書 _畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 40℃， 下進入系統(tǒng)。經(jīng)預加熱器 1519 加熱到 90℃，進入 1120： 查表得： tc CO = ℃ , pc CO = atm = MPa tc H2 = ℃ , pc H2 = atm = MPa 求 Q CO： Q CO = n178。 Cp176。（ t2t1） [6] （ 22） （ 1） 求 CO 的 Cp Cp176。： Tr CO = T/Tc= )9040(21273???= Pr CO =P/Pc= = 查表得 Cp Cp176。＝ K cal/(K mol178。 K)= K J/(K mol178。 K) （ 2）求 CO 的 Cp176。： Cp176。 = a + bT + cT2 （ 23） 表 210 CO的 a、 b、 c的值 a b179。 103 c179。 106 CO 40℃ Cp176。 =+179。 313/179。 313/106 = K cal/(K mol178。 K) = KJ/(K mol178。 K) 90℃ Cp =+179。 363/179。 363/106 = K cal/(K mol178。 K) = KJ/(K mol178。 K) 所以 =(Cp1+ Cp2)/2=1/2(+)=29 KJ/(K mol178。 K) 所以 Cp= Cp176。 += KJ/(K mol178。 K) 所以 Q CO= =179。 179。（ 9040） = KJ/(K mol178。 K) 同理求得 Q H2= KJ/h 所以 Q 總 = Q H2+Q CO=+= KJ/h=179。 106 KJ/h 1120 出來經(jīng)加熱器 1520 加熱到 180℃，進入 1121 過程中物料由 90℃， —— → 180℃， ， H2:CO = :1 同理求得 Q CO= kJ/h Q H2= kJ/h Q 總 = Q H2+Q CO 6 萬噸丁辛醇設(shè)計說明書 _畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) =+ = kJ/h =179。 106 kJ/h 3. OXO 反應(yīng)器： 因為反應(yīng)溫度為 95℃，且已知 25℃下的反應(yīng)數(shù)據(jù)，所以假設(shè)如下熱力學途徑： 圖 23 熱力學途徑 （ 1）Δ H1 求： CO 的 Cp Cp176。： Tr CO = T/Tc= )2595(21273???= Pr CO = P/Pc= = 查圖得 Cp Cp176。＝ K cal/(kmol178。 K)=0. 460 kJ/(kmol178。 K) 求： CO 的 Cp176。： Cp176。 = a + bT + cT2 （ 24） 95℃ Cp176。 =+179。 368/179。 368/106 = K cal/(kmol178。 K) = kJ/(kmol178。 K) 25℃ Cp176。 =+179。 298/179。 298/106 = K cal/(kmol178。 K) = kJ/(kmol178。 K) 所以 =(Cp1+ Cp2)/2=1/2(+)= kJ/(kmol178。 K) 所以 Cp= += kJ/(kmol178。 K) 求 H2 的 Cp176。： 95℃，反應(yīng)物料 25℃，反應(yīng)物料 25℃，反應(yīng)后物料 95℃，反應(yīng)后物料 Δ H1 Δ H3 Δ H2 Δ H 6 萬噸丁辛醇設(shè)計說明書 _畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) Cp176。 = a + bT + cT2 （ 25） 表 211 H2的 a、 b、 c的值 a b179。 103 c179。 106 H2 95℃ Cp176。 =+179。 368/179。 368/106 = K cal/(kmol178。 K) = kJ/(kmol178。 K) 25℃ Cp176。 =+179。 298/179。 298/106 = K cal/(kmol178。 K) = kJ/(kmol178。 K) 所以 =(Cp1+ Cp2)/2=1/2(+)=(kmol178。 K) 求： H2 的 Cp Cp176。： Tr CO = T/Tc= )2595(21273???= Pr CO = P/Pc= = 查圖得 Cp Cp176。＝ K cal/(kmol178。 K)=0. 460 kJ/(kmol178。 K) 求： C3H6 的 Cp176。： Tr CO = T/Tc= )2595(21273???= Pr CO = P/Pc= = 查圖得 Cp Cp176。＝ 6 K cal/(kmol178。 K)= kJ/(kmol178。 K) Cp176。 = a + bT + cT2 （ 26） 表 212 求 Cp176。時 a、 b、 c的值 a b179。 103 c179。 106 C3H6 95℃ Cp176。 =+179。 368/179。 368/106 = K cal/(k mol178。 K) = kJ/(kmol178。 K) 25℃ Cp176。 =+179。 298/179。 298/106 6 萬噸丁辛醇設(shè)計說明書 _畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) = K cal/(kmol178。 K) = kJ/(kmol178。 K) 所以 =(Cp1+ Cp2)/2=1/2(+)=(kmol178。 K) 所以 Cp=+=(kmol178。 K) Δ H1 nBal =∑ n178。 178。 (T2T1) （ 27） =（ 179。 +179。 +179。 ）179。（ 2995） = kJ/h Δ H1 iBal =∑ n178。 178。 (T2T1) （ 28） =（ 179。 +179。 +179。 ）179。（ 2995） = kJ/h Δ H1 C3H8 =∑ n178。 178。 (T2T1) （ 29） =（ 179。 +179。 ）179。（ 2995） = kJ/h (2)反應(yīng)熱 Δ H2 由于查到的數(shù)據(jù)為 nBal 和 C3H8 在 25℃， 1atm 下的生成熱， iBal 查到的數(shù)據(jù)為 20℃， 1atm 下的燃燒熱，所以： Δ H298 reac nBal=∑（ niΔ H298.176。 f） prod∑（ niΔ H298.176。 f） reactant =Δ H298.176。 nBal Δ H298.176。 H2Δ H298.176。 C3H6Δ H298.176。 CO =1179。 () 1179。 () 1179。 () 1179。 = K cal/ mol= kJ/kmol Δ H293 reac iBal =∑（ niΔ H293.176。 C） reactant ∑（ niΔ H293.176。 C） prod =Δ H298.176。 C3H6+Δ H298.176。 CO+Δ H298.176。 H2Δ H298.176。 iBal =1179。 () 1179。 () 1179。 () 1179。 () = K cal/ mol= kJ/kmol Δ H298 reac C3H8=∑（ niΔ H298.176。 f） prod∑（ niΔ H298.176。 f） reactant =Δ H298.176。 C3H8Δ H298.176。 H2Δ H298.176。 C3H6 =1179。 () 1179。 () 1179。 = K cal/ mol= kJ/kmol (3)Δ H3 由于 nBal、 iBal 熱容不能直接查到，所以由 RihaniDoraiswamy 法查得 ,如下表 表 213 a、 b、 c、 d的值 nBal 官能團 a b179。 102 c179。 104 d179。 106 1 個 CH3 6 萬噸丁辛醇設(shè)計說明書 _畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 2 個 CH2 1 個 CHO 合計 所以： Cp176。 nBal=+179。 T/179。 T2/179。 T3/106 表 214 a、 b、 c、 d的值 iBal 官能團 a b179。 102 c179。 104 d179。 106 2 個 CH3 1 個 CH 1 個 CHO 合計 所以： Cp176。 nBal=+179。 T/179。 T2/104+179。 T3/106 95℃ Cp176。 =+179。 368/179。 3682/179。 3683/106 = K cal/(kmol178。 K) = kJ/ (kmol178。 K) 25℃ Cp176。 =+179。 298/179。 2982/179。 2983/106 = K cal/(kmol178。 K) = kJ/(kmol178。 K) 所以 =(Cp1+ Cp2)/2=1/2(+)= (kmol178。 K) 95℃ Cp176。 =+179。 368/179。 3682/104+179。 3683/106 = K cal/(kmol178。 K) =(kmol178。 K) 25℃ Cp176。 =+179。 293/179。 2932/104+179。 2933/106 = K cal/(kmol178。 K) = kJ/(kmol178。 K) 所以 =(Cp1+ Cp2)/2=1/2(+)= kJ/(kmol178。 K) 求： C3H8 的 Cp176。： Cp176。 = a + bT + cT2 表 215 a、 b、 c的值 a B179。 103 c179。 106 C3H8 95℃ Cp176。 =+179。 368/179。 368/106 = Kcal/(kmol178。 K) = kJ/(kmol178。 K) 25℃ Cp176。 =+179。 298/179。 298/106 = Kcal/(kmol178。 K) = kJ/(kmol178。 K) 6 萬噸丁辛醇設(shè)計說明書 _畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 所以 =(Cp1+Cp2)/2=1/2(+)=(kmol178。 K) 所以： Δ H1 nBal =∑ n178。 178。 (T2T1) （ 210） =（ 179。 ）179。（ 2995） = kJ/h Δ H1 iBal =∑ n178。 178。 (T2T1) （ 211） =（ ）179。（ 2995） = kJ/h Δ H1 C3H8 =∑ n178。 178。 (T2T1) （ 212） =（ 179。 +179。 ）179。（ 2995） = kJ/h (4) Δ H nBal Δ H nBal=Δ H1+Δ H2+Δ H3 （ 213） =179。 + =179。 106 kJ/h Δ H iBal =Δ H1+Δ H2+Δ H3 （ 214） =179。 + = KJ/h=179。 106 kJ/h Δ H C3H8 =Δ H1+Δ H2+Δ H3 （ 215） =179。 + = KJ/h=179。 106 kJ/h (5) Q Q = 179。 179。 179。 106 =179。 106 kJ/h (6)設(shè)計熱損失為總熱量的 5% 則 =（Δ H） =179。（ 179。 106） =179。 106 kJ/h (7)由熱平衡方程式 Δ H= Q1+ Q2 所以 Q1=Δ H Q2=179。 106（ 179。 106） =179。 106 kJ/h Q1 為負值，說明反應(yīng)為放熱反應(yīng)，需要由熱載體取出熱量，其值為 179。 106 kJ/h。 1120 出來經(jīng)冷卻器 1506 冷卻到 40℃ 過程中物料由 95℃ —— → 40℃， 同理求得 nBal= KJ/h 6 萬噸丁辛醇設(shè)計說明書 _畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) iBal= C3H8= KJ/h h2 = KJ/h Q 總 =Δ H =∑ n178。 178。 (T2T1) （ 216） =(179。 +179。 +179。 +179。 ) 179。 (4095) = kJ/h=179。 106 kJ/h 1120 出來經(jīng)換熱器 1507 升溫到 80℃ 過程中物料由 40℃ —— → 80℃， 同理求得 nBal= kJ/h iBal= C3H8= kJ/h h2 = kJ/h Q 總 =Δ H =∑ n178。 178。 (T2T1) （ 217） =(179。 +179。 +179。 +179。 ) 179。 (8040) = kJ/h=179。 106 kJ/h 該設(shè)計中丁辛醇裝置年產(chǎn)正丁醇 80000 噸，其中辛醇 55000 噸，正丁醇 25000噸，同時副產(chǎn)異丁醇 8000 噸。丁辛醇裝置設(shè)計年運行時間為 8000 小時，其中 5360小時生產(chǎn) 2— 乙基己醇， 2451 小時生產(chǎn)丁醇，剩余 189 小時為生產(chǎn)切換時間，預計每年進行 7 次切換，每次平均 27 小時。 無論生產(chǎn)丁醇還是辛醇，丁醛與產(chǎn)品生產(chǎn)的速率比都是 1： 1 的，所以年生產(chǎn) 2EH的量為： n2EH= 10412503?